NASA-satellitten tilbyder kuldioxidindsigt i byen

En ny NASA/universitetsundersøgelse af kuldioxidemissioner for 20 større byer rundt om i verden giver den første direkte, satellitbaseret bevis på, at når en bys befolkningstæthed stiger, den kuldioxid, den udleder pr. person, falder, med nogle bemærkelsesværdige undtagelser. Undersøgelsen viser også, hvordan satellitmålinger af denne kraftfulde drivhusgas kan give byer i hurtigt voksende nye værktøjer til at spore kuldioxidemissioner og vurdere virkningen af ​​politiske ændringer og infrastrukturforbedringer på deres energieffektivitet.

Byer står for mere end 70 % af de globale kuldioxidemissioner forbundet med energiproduktion, og hurtig, den igangværende urbanisering øger deres antal og størrelse. Men nogle tætbefolkede byer udleder mere kuldioxid pr. indbygger end andre.

For bedre at forstå hvorfor, Atmosfæriske videnskabsmænd Dien Wu og John Lin fra University of Utah i Salt Lake City gik sammen med kolleger ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland og University of Michigan i Ann Arbor. De beregnede kuldioxidemissioner pr. indbygger for 20 byområder på flere kontinenter ved hjælp af nyligt tilgængelige kuldioxidestimater fra NASAs Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satellit, administreret af agenturets Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. Byer, der spænder over en række befolkningstætheder, blev udvalgt baseret på kvaliteten og mængden af ​​OCO-2-data, der var tilgængelige for dem. Byer med minimal vegetation blev foretrukket, fordi planter kan absorbere og udsende kuldioxid, komplicerer fortolkningen af ​​målingerne. To amerikanske byer var inkluderet - Las Vegas og Phoenix.

Mange videnskabsmænd og politiske beslutningstagere har antaget, at den bedste måde at estimere og forstå forskelle i kuldioxidemissioner i større byer er at anvende en "bottom-up" tilgang, udarbejdelse af en opgørelse over emissioner af fossile brændstoffer produceret af industrianlæg, gårde, vejtransport og kraftværker. Bottom-up-metoden var den eneste gennemførlige tilgang, før fjernmålingsdatasæt blev tilgængelige. Denne tilgang kan give estimater af emissioner efter brændstoftype (kul, olie, naturgas) og sektor (elproduktion, transport, fremstilling), men kan gå glip af nogle emissioner, især i byområder i hastig udvikling.

Men for denne undersøgelse, forskere brugte i stedet en "top-down" tilgang til lageremissioner, ved hjælp af satellit-afledte estimater af mængden af ​​kuldioxid til stede i luften over et byområde, når satellitten flyver over hovedet.

"Andre mennesker har brugt brændstofstatistik, antallet af kilometer kørt af en person eller hvor store folks huse er for at beregne emissioner pr. indbygger, " sagde Lin. "Vi kigger ned fra rummet for faktisk at måle kuldioxidkoncentrationen over en by."

Udgivet 20. februar i tidsskriftet Miljøforskningsbreve , undersøgelsen viste, at byer med højere befolkningstæthed generelt har lavere kuldioxidemissioner pr. på linje med tidligere bottom-up undersøgelser baseret på emissionsopgørelser. Men satellitdataene gav ny indsigt.

"Vores motiverende spørgsmål var i bund og grund:Når folk bor i tættere byer, udleder de mindre kuldioxid? Det generelle svar fra vores analyse antyder, Ja, emissioner fra tættere byer er lavere, sagde Eric Kort, hovedefterforsker og lektor i klima- og rumvidenskab og teknik ved University of Michigan. "Det er ikke et komplet billede, da vi kun ser lokale direkte emissioner, men vores undersøgelse giver en alternativ direkte observationsvurdering, som manglede fuldstændig før."

Tæthedsfaktoren

Forskere har antaget, at tættere befolkede byområder generelt udleder mindre kuldioxid pr. person, fordi de er mere energieffektive:dvs. mindre energi pr. person er nødvendig i disse områder på grund af faktorer som brug af offentlig transport og effektiv opvarmning og afkøling af flerfamilieboliger. Satellitdata kan forbedre vores forståelse af dette forhold, fordi de beskriver de kombinerede emissioner fra alle kilder. Disse oplysninger kan inkorporeres med mere kildespecifikke, bottom-up opgørelser for at hjælpe byledere med at planlægge mere energieffektiv vækst og udvikle bedre skøn over fremtidige kuldioxidemissioner.

OCO-2-dataene viser, at ikke alle tætbefolkede byområder har lavere emissioner pr. imidlertid. Byer med større elproduktionsanlæg, såsom Yinchuan, Kina, og Johannesburg, havde højere emissioner, end hvad deres befolkningstæthed ellers ville antyde.

"Satellitten registrerer kuldioxidfanen på kraftværket, ikke i byen, der rent faktisk bruger strømmen, " sagde Lin.

"Nogle byer producerer ikke så meget kuldioxid, i betragtning af deres befolkningstæthed, men de forbruger varer og tjenester, der ville give anledning til kuldioxidemissioner andre steder, " tilføjede Wu.

En anden undtagelse fra observation af højere befolkningstæthed/lavere emissioner er velstand. Et velhavende byområde, ligesom Phoenix, producerer flere emissioner pr. indbygger end en by i udvikling som Hyderabad, Indien, som har en lignende befolkningstæthed. Forskerne spekulerer i, at Phoenix' højere emissioner pr. indbygger skyldes faktorer som højere kørselshastigheder og større, bedre klimatiserede boliger.

Ser frem til

Forskerne understreger, at der er meget mere at lære om byernes kuldioxidemissioner. De tror på nye data fra OCO-2's efterfølger, OCO-3 - som blev opsendt til den internationale rumstation sidste år - sammen med fremtidige rumbaserede kuldioxidobservationsmissioner, kan kaste lys over potentielle løsninger til at mindske byernes CO2-udledning.

"Mange mennesker er interesserede i kuldioxidemissioner fra store byer, " Wu said. "Additionally, there are a few places with high emissions that aren't necessarily related to population. Satellites can detect and quantify emissions from those locations around the globe."

Lanceret i 2014, OCO-2 gathers global measurements of atmospheric carbon dioxide—the principal human-produced driver of climate change—with the resolution, precision and coverage needed to understand how it moves through the Earth system and how it changes over time. From its vantage point in space, OCO-2 makes roughly 100, 000 measurements of atmospheric carbon dioxide over the globe every day. JPL manages OCO-2 for NASA's Science Mission Directorate in Washington.

While OCO-2 wasn't optimized to monitor carbon emissions from cities or power plants, it can observe these targets if it flies directly overhead or if the observatory is reoriented to point in their direction. I modsætning, OCO-3, which has been collecting daily measurements of carbon dioxide since last summer, features an agile mirror-pointing system that allows it to capture "snapshot maps." In a matter of minutes, it can create detailed mini-maps of carbon dioxide over areas of interest as small as an individual power plant to a large urban area up to 2, 300 square miles (6, 400 square kilometers), such as the Los Angeles Basin, something that would take OCO-2 several days to do.